JPH097623A - ポータブル燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の大型化、大嵩化並びに内部負荷の増大
等の不利益を伴わずに水素ガスの予備加熱を効率よく行
うことができるポータブル燃料電池を提供することを目
的とする。 【構成】 水素供給管４０は、燃料電池本体２からの排
空気の通路に配され排空気と熱交換する熱交換部４０ａ
を有しており、該熱交換部４０ａは、熱伝導性のジャバ
ラホースで構成されていると共に、可撓性を有してい
る。水素吸蔵合金タンク側カプラー３４及び水素供給管
側カプラー４１には、断熱性材料が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポータブル燃料電池に
関し、特に水素ガスの供給配管系の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポータブル燃料電池は、ケース内に、燃
料電池本体、燃料供給器及び種々の制御器等をコンパク
トにまとめ、持ち運びに便利なように構成されており、
移動通信用、建築・土木工事用等のポータブル電源とし
て期待されている。前記ポータブル燃料電池では、装置
の小型化・軽量化を図るために、燃料酸素ガスとして空
気中の酸素を用い、燃料ガスとして水素吸蔵合金タンク
に貯蔵された水素を用いて、燃料電池本体内で、その酸
素と水素の電気化学反応を利用して発電している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記水
素吸蔵合金タンクから水素ガスを取り出し燃料電池本体
へ供給した場合、水素ガス放出に伴う水素吸蔵合金タン
クの吸熱作用のために、該水素ガスの温度が低下する。
そこで、反応熱により高温となっている燃料電池本体内
に低温の水素ガスを供給する結果、燃料電池本体が水素
ガスの入口側で冷却され、該燃料電池本体の温度分布が
不均一となるために起こる電池寿命の短命化や発電効率
の低下等が問題となっていた。

【０００４】なお、前記水素吸蔵合金タンクの代わりに
水素ボンベを外付けして運転することもあり得、この場
合、前記水素ガスの温度低下は起こらないが、やはり、
水素ガスと燃料電池本体との温度差は大きく、この場合
も、前記と同様な問題点を有する。上記の問題は、燃料
電池本体への水素ガスの供給配管上で水素ガスを予備加
熱すれば解消されると考えられる。このような考えで予
備加熱を実現したものとして据置型燃料電池における触
媒改質装置がよく知られている。この装置は、触媒で水
素ガスを改質する際の熱で水素ガスを加熱するものであ
る。

【０００５】ところで、据置型燃料電池の場合は、設置
スペースが許す限り触媒改質装置等を設けることは何等
支障がないが、ポータブル燃料電池の場合は、装置全体
の可搬性が要求されるため、改質装置を設けることは大
幅な大重量化及び大嵩化が進み、とても採用することが
できないものである。また、これとは別に、水素ガス配
管に発熱ヒータ等を巻いて予備加熱することも一案とし
て考えられるが、その場合、発熱ヒータがポータブル燃
料電池の内部負荷となり、内部負荷量が増大し、その分
発電出力が犠牲となり好ましくないものである。

【０００６】本発明はこのような点にあって、装置の大
重量化、大嵩化並びに内部負荷の増大といった不利益を
伴うことなく、それでいて水素ガスの予備加熱を効率よ
く行うことができる大変有用なポータブル燃料電池を提
供することを主目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明においては、可搬な筺体上に、
水素貯留源から水素供給管を通して供給される水素を用
いて発電する燃料電池本体を備えたポータブル燃料電池
であって、前記水素供給管には、前記燃料電池本体から
の排空気の通路に配され、排空気と熱交換する熱交換部
が形成されていることを特徴としている。

【０００８】請求項２記載の発明においては、前記水素
供給管の熱交換部は、熱伝導性材料からなるジャバラホ
ースで構成されていることを特徴としている。請求項３
記載の発明においては、水素吸蔵合金タンクが燃料電池
本体からの排空気の通路が存在する筺体部分に搭載さ
れ、水素供給管は前記水素吸蔵合金タンクの水素送出口
と着脱可能なカプラーを有し、前記ジャバラホースは水
素吸蔵合金タンクが搭載されている筺体部分内において
蛇行して配されると共に、可撓性を有し、水素吸蔵合金
タンクの交換に際し前記筺体部分から退避できる構成で
あることを特徴としている。

【０００９】請求項４記載の発明においては、前記カプ
ラー及び水素吸蔵合金タンクの水素送出口は断熱性材料
で囲繞されていることを特徴としている。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明によれば、水素供給管は、
燃料電池本体からの排空気の通路に配され、排空気と熱
交換する熱交換部が形成されているので、燃料電池本体
に供給される水素は、燃料電池本体からの高温の排空気
によって加熱されている。

【００１１】従って、燃料電池本体の水素の入口側が低
温となりやすい傾向が緩和され、燃料電池本体の温度分
布の均一化に寄与する。請求項２記載の発明によれば、
前記熱交換部は、熱伝導性材料からなるジャバラホース
で構成されている。ジャバラホースは、通常のホースよ
りも表面積が大きいので、水素ガスと排空気との熱交換
がより効果的になされる。従って、燃料電池本体の温度
分布の均一化がより効果的となる。

【００１２】また、請求項３記載の発明によれば、水素
吸蔵合金タンクと水素供給管とを連結及び切り離すカプ
ラーが備えられているので、水素吸蔵合金タンクとの連
結及び切り離し操作が容易である。その上、前記ジャバ
ラホースは可撓性を有しているため、ポータブル燃料電
池に水素吸蔵合金タンクを着脱する時に、水素供給管を
退避させることにより、容易に着脱操作をすることがで
きる。

【００１３】また、請求項４記載の発明によれば、カプ
ラー及び水素吸蔵合金タンクの水素送出口は、断熱性材
料で囲繞されている。運転直後には、排空気との接触に
よって前記カプラー及び水素吸蔵合金タンクの水素送出
口は高温に加熱されているが、断熱性材料は、断熱性故
にカプラーや水素送出口からの伝熱が断たれ、かつ排空
気との接触によっても加熱されにくいので、操作者は該
断熱性材料の部分を直接手で触って操作することがで
き、これによって、カプラーの切り離し、及び水素供給
管の退避を容易に行うことができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照しな
がら具体的に説明する。図１は、ポータブル燃料電池の
全体概略図であり、図２は、図１における背面上方から
の全体図である。ポータブル燃料電池は、図１に示すよ
うに、筺体１、燃料電池本体２及び水素吸蔵合金タンク
３から構成されている。

【００１５】筺体１は、図１に示すように、内部が隔壁
１ａ，１ｂ及び１ｃによって４つの空間Ａ，Ｂ，Ｃ及び
Ｄに分けられている。筺体１内の中央部に位置している
空間Ａには燃料電池本体２が搭載され、右側空間Ｂは水
素吸蔵合金タンク３を収容するための水素吸蔵合金タン
ク収容室、左側空間Ｃは反応空気を燃料電池本体２へ供
給するための反応空気供給室となっている。また、筺体
１内の上部空間Ｄには発電を制御する種々の制御器１１
が設置されている。なお、ポータブル燃料電池非使用時
は、筺体１の上部に上蓋１０をかぶせて密閉することが
できる。

【００１６】燃料電池本体２は、電解質層の一方の側に
アノードを配し、他方の側にカソードを配したセル板
と、セパレータ板とを交互に複数枚積層して構成されて
おり、該セパレータ板によって、燃料電池本体２内に空
気及び水素のガス通路が形成されている。前記燃料電池
本体２へ供給される反応空気は、図１に白矢印Ｐ１及び
Ｐ２で示したように、前記上部空間Ｄ内に設けられた空
気供給ファン１２によって、空気取入口１３から筺体１
内に取り込まれ、燃料電池本体２内を左側から右側へ水
平に流通する。この時、反応空気は、カソードに酸素を
供給すると共に、燃料電池本体２と熱交換した後、高温
の排空気として排出される。

【００１７】一方、水素ガスは、図示していないが、前
記反応空気と交差するように燃料電池本体２内を上側か
ら下側へ流通する。なお、燃料電池本体２の左右両側に
設けられている２枚の隔壁１ａ及び１ｂの一部分は、反
応空気及び排空気が流通できるように切り欠かれてい
る。水素吸蔵合金タンク収容室Ｂは、図２に示すよう
に、上部に開閉自在な開閉蓋１５が取り付けられてお
り、該開閉蓋１５には、スリット状の開口１５ａが設け
られている。前記燃料電池本体２からの排空気は、図１
に黒矢印Ｐ３及びＰ４で示したように、水素吸蔵合金タ
ンク収容室Ｂ内を水素吸蔵合金タンク３に沿って上方へ
流れ、前記スリット状の開口１５ａを通って筺体１外へ
排出される。

【００１８】水素吸蔵合金タンク３は、図２に示すよう
に、一対の支柱３１間に円筒状の水素吸蔵合金タンク単
体３ａを水平姿勢で複数本（図示例では５本）列設した
構成をしており、水素吸蔵合金タンク収容室Ｂ内で、燃
料電池本体２からの排空気と効率よく熱交換するように
配置されている。前記水素吸蔵合金タンク３には断熱性
材料で構成された把手３３が設けられており、該把手３
３により水素吸蔵合金タンク３を出し入れできるように
なっている。なお、前記支柱３１の一方には、上端に水
素ガスの取り出し口となるカプラー３４が設けられてい
る。

【００１９】次に、水素吸蔵合金タンク３からの水素ガ
スを燃料電池本体２へ供給するための水素供給管４０に
ついて説明する。水素供給管４０は、図２に示すよう
に、水素吸蔵合金タンク収容室Ｂ内に存在する部分がジ
ャバラホース４０ａで構成され、筺体１の中央空間Ａ内
を通って燃料電池本体２と連結される部分までが通常の
金属製パイプ４０ｂで構成されている。

【００２０】ジャバラホース４０ａは、水素吸蔵合金タ
ンク収容室Ｂ内の上部を蛇行するようにＵ字形に屈曲し
て配設されており、燃料電池本体２からの排空気と効率
よく熱交換できるようにフィンをもっていると共に、水
素吸蔵合金タンク３の交換の際に容易に水素吸蔵合金タ
ンク収容室Ｂ内から退避させることができるようにステ
ンレス製のフレキシブルチューブで構成されている。

【００２１】一方、前記金属製パイプ４０ｂ部分は、一
端が水素吸蔵合金タンク収容室Ｂ内で前記ジャバラホー
ス４０ａと連結され、他端は、図示していないが、燃料
電池本体２の水素ガス供給側マニホールドに連結されて
いる。水素供給管４０と水素吸蔵合金タンク３とは、上
記タンク側カプラー３４と、ジャバラホース４０ａの先
端に取り付けられたカプラー４１とで連結できるように
なっている。

【００２２】図３に、前記カプラー３４及び４１の詳細
な構成を示す。水素吸蔵合金タンク３側に設けられたカ
プラー３４と、ジャバラホース４０ａ側に設けられたカ
プラー４１とは、水素ガスが漏れ出すことなく連結され
るようになっている。また、前記タンク側カプラー３４
には、フランジ型の断熱性樹脂材料３４ａが取り付けら
れ、ホース側カプラー４１には、管周囲に断熱性樹脂材
料４１ａが被着されている。したがって、水素吸蔵合金
タンク３を交換する時、前記カプラー３４及び４１が排
空気により加熱されていても、操作者は断熱性樹脂材料
３４ａ及び４１ａを手でつかんで操作することができ
る。

【００２３】上記構成においては、通常の運転時には、
燃料電池本体２からの排空気が高温なため、該排空気と
の熱交換により水素吸蔵合金タンク３が加熱されて水素
ガス放出が促進される。また、一部の排空気は、ジャバ
ラホース４０ａと接触して熱交換される。その結果、水
素吸蔵合金タンク３の吸熱作用のために低温となった水
素ガスは、前記ジャバラホース４０ａ内を流通する際に
加熱され、燃料電池本体２に供給される。したがって、
高温の水素ガスが燃料電池本体２内に導入されるので、
燃料電池本体２の温度分布が均一となり、発電性能の向
上を図ることができる。

【００２４】なお、前記金属製パイプ４０ｂ部分は、外
部からの空気通路に露出しないように図示しない遮蔽板
で囲まれており、該金属製パイプ４０ｂ内を流通する高
温の水素ガスが再び冷却されないようになっている。ま
た、ポータブル燃料電池の運転が長期間行われ、水素吸
蔵合金タンク３内の水素ガス残量が規定値以下になった
場合には、水素吸蔵合金タンク３の交換が必要である。
その際には、前記断熱性樹脂材料３４ａ及び４１ａ部分
を操作しカプラー３４，４１を切り離し、水素吸蔵合金
タンク３を開口３０を通じて取り出す。この時、排空気
により前記カプラー３４及び４１が熱くなっていても、
操作部分には断熱性樹脂材料３４ａ及び４１ａが設けら
れているので支障は生じない。

【００２５】なお、本実施例では、水素貯留源として、
ポータブル燃料電池内に収納された水素吸蔵合金タンク
を用いている例を示したが、例えば水素ボンベをポータ
ブル燃料電池の外に設置して、そこから水素ガスを供給
するような場合においても本発明を適用することができ
る。また、水素貯留源としては、水素ガスを貯留するも
のであれば何でもよい。

【００２６】（従来例との比較）以下に、本実施例と従
来例との比較を示す。図４は、ポータブル燃料電池の従
来例の全体図である。図５は、本実施例及び従来例にお
ける定点Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ及びＮでの水素ガス並びに排空
気の温度変化を示している。本実施例における定点は
Ｋ，Ｌ及びＭであり、前記定点Ｋは図２における水素供
給管側カプラー４１部分、定点Ｌはジャバラホース４０
ａと金属製パイプ４０ｂとの連結部分、定点Ｍは燃料電
池本体２の左側部分である。また、従来例における定点
はＪ及びＮであり、前記定点Ｊは図４における水素供給
管側カプラー４１部分であり、定点Ｎは燃料電池本体２
の左側部分である。なお、従来例において本実施例と同
一の構成部分は同じ番号を付し詳細な説明は省略する。

【００２７】図４に示す従来例は、図２に示す本実施例
と比べて、水素吸蔵合金タンク収容室Ｂ内の水素供給管
４０の配管が異なっている。即ち、従来例は、水素供給
管４０にジャバラ状の熱交換部４０ａが設けられておら
ず、水素ガスが水素吸蔵合金タンク３から放出後すぐに
燃料電池本体２へ送られる構成となっている。従来例に
おいては、図５にＪ及びＮで示すように、水素吸蔵合金
タンク３から放出された直後の水素ガスの温度は約２０
°〜４０℃であり、その低温の水素ガスが、８０℃以上
の高温の排空気が排出される燃料電池本体２へ供給され
ていた。その結果、燃料電池本体２内の水素ガス入口側
が冷却され温度分布が不均一となるため燃料電池本体２
内での発電効率の不均一が生じ、セルの局部的な劣化が
進み電池寿命が短くなる等の前記種々の問題が生じてい
た。

【００２８】一方、本実施例においては、図５にＫ，Ｌ
及びＭで示すように、水素吸蔵合金タンク３から放出さ
れた直後の水素ガスの温度は約２０°〜４０℃である
が、水素供給管の熱交換部４０ａを通過後の水素ガスの
温度は、排空気の温度と比べて５℃前後低いだけであ
る。その結果、燃料電池本体２内の温度分布の均一化が
図られる。

【００２９】

【発明の効果】上述のように、請求項１記載の発明にお
いては、水素供給管の一部を構成している熱交換部が、
燃料電池本体からの排空気の通路に配されている。した
がって、水素ガスは熱交換部で予備加熱された後燃料電
池本体内へ供給されるので、燃料電池本体の水素ガス入
口側が低温となりやすい傾向が緩和され、燃料電池本体
の温度分布の均一化が達成できる。また、予備加熱に排
空気の熱を用いているため、別途加熱器等を設けなくて
もよく、装置の小型化・軽量化を図ることができる。

【００３０】請求項２記載の発明においては、前記熱交
換部は熱伝導性材料からなるジャバラホースで構成され
ている。ジャバラホースは通常のホースよりも表面積が
大きいため、水素ガスは排空気と効率よく熱交換され
る。したがって、水素ガスと燃料電池本体との温度差が
より小さくなり、電池寿命、発電効率等の電池性能の向
上を図ることができる。

【００３１】請求項３記載の発明においては、水素吸蔵
合金タンクと水素供給管とを連結及び切り離すカプラー
が設けられている。また、前記ジャバラホースは可撓性
を有しているため、容易に筺体内から退避させることが
できる。したがって、水素吸蔵合金タンクの交換時の操
作が容易である。請求項４記載の発明においては、前記
カプラー及び水素吸蔵合金タンクの水素送出口には断熱
性材料が取り付けられている。したがって、排空気によ
ってカプラー及び水素吸蔵合金タンクの水素送出口が加
熱されていても、該断熱性材料の部分を直接手で触って
カプラーの着脱操作及び水素供給管の退避を容易に行う
ことができ、操作時間の短縮化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るポータブル燃料電池の
全体概略図である。

【図２】図１における背面上方からの全体図である。

【図３】本発明の一実施例に係る水素吸蔵合金タンク側
のカプラーと水素供給管側のカプラーの詳細な構成図で
ある。

【図４】従来のポータブル燃料電池の全体図である。

【図５】図２及び図４に示した定点における水素ガス及
び排空気の温度と運転時間との関係を示した図である。

【符号の説明】

１ 筺体 ２ 燃料電池本体 ３ 水素吸蔵合金タンク ３４ 水素吸蔵合金タンク側カプラー ３４ａ，４１ａ 断熱性材料 ４０ 水素供給管 ４０ａ 熱交換部 ４１ 水素供給管側カプラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷲見 晋吾 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可搬な筺体上に、水素貯留源から水素供
   給管を通して供給される水素を用いて発電する燃料電池
   本体を備えたポータブル燃料電池であって、 前記水素供給管には、 前記燃料電池本体からの排空気の通路に配され、排空気
   と熱交換する熱交換部が形成されていることを特徴とす
   るポータブル燃料電池。
2. 【請求項２】 前記水素供給管の熱交換部は、熱伝導性
   材料からなるジャバラホースで構成されていることを特
   徴とする請求項１記載のポータブル燃料電池。
3. 【請求項３】 水素吸蔵合金タンクが燃料電池本体から
   の排空気の通路が存在する筺体部分に搭載され、 水素供給管は前記水素吸蔵合金タンクの水素送出口と着
   脱可能なカプラーを有し、 前記ジャバラホースは水素吸蔵合金タンクが搭載されて
   いる筺体部分内において蛇行して配されると共に、可撓
   性を有し、水素吸蔵合金タンクの交換に際し前記筺体部
   分から退避できる構成であることを特徴とする請求項２
   記載のポータブル燃料電池。
4. 【請求項４】 前記カプラー及び水素吸蔵合金タンクの
   水素送出口は断熱性材料で囲繞されていることを特徴と
   する請求項３記載のポータブル燃料電池。